(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
前記荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、
前記加速器から出射された前記荷電粒子線を前記照射部へ輸送するダクトと、
前記照射部内で前記荷電粒子線の進路上に配置され、内部に不活性ガスが充填されると共に、荷電粒子線を透過させる粒子線透過フィルムを入口及び出口に有する筒体と、
前記筒体内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
前記筒体の内部圧力が設定圧以上のときに前記筒体内の不活性ガスを外部にリークするリーク弁と、を備え、
前記ガス供給手段は、不活性ガスの供給量が各々異なる複数の供給ラインを有することを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記複数の供給ラインには、前記筒体の内部圧力を所定値に維持するための圧力維持用供給ラインと、前記筒体内の圧力を調整するための調整用供給ラインと、前記筒体内の空気を不活性ガスに置換するための置換用供給ラインと、が含まれ、
前記圧力維持用供給ラインの不活性ガスの供給量より前記調整用供給ラインの不活性ガスの供給量は大きく、前記調整用供給ラインの不活性ガスの供給量より前記置換用供給ラインの不活性ガスの供給量は大きいことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記筒体内部の空気を吸引するための吸引ポンプを更に備え、
前記吸引ポンプは、前記複数の供給ラインのうち少なくとも一つの供給ラインを利用して前記筒体内部の空気を吸引することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を被照射体に照射する荷電粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線治療に利用される荷電粒子線照射装置として、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１には、スキャニング方式により荷電粒子線を走査してがん等の被照射体に照射する粒子線治療装置であって、荷電粒子線の経路上に設けられた不活性ガスチャンバと、不活性ガスチャンバ内に不活性ガスを供給する一本のガス供給管と、不活性ガスチャンバの内外の圧力差に応じてガス供給管のガス供給量を制御する制御装置と、を備えたものが記載されている。
【０００３】
前述した粒子線治療装置では、筒状の不活性ガスチャンバの入口及び出口に隔離膜を設けて気密性を確保すると共に、内部に不活性ガスを供給することで内外の圧力差による隔離膜の破損を防いでいる。そして、この不活性ガスチャンバを荷電粒子線の経路上に配置することにより、空気の影響による荷電粒子線の散乱を回避して照射位置精度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２９０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の粒子線照射装置においては、不活性ガスの供給量制御を実現するため、不活性ガスチャンバの内外の圧力差に応じてガス流量を決定する制御装置やガス供給管の流量調節弁を駆動するためのアクチュエータなどを設ける必要があり、装置構成や制御が複雑化するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、簡素な構成で筒体へのガス供給量を管理することができる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る荷電粒子線照射装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部と、加速器から出射された荷電粒子線を照射部へ輸送するダクトと、照射部内で荷電粒子線の進路上に配置され、内部に不活性ガスが充填されると共に、荷電粒子線を透過させる粒子線透過フィルムを入口及び出口に有する筒体と、筒体内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、筒体の内部圧力が設定圧以上のときに筒体内の不活性ガスを外部にリークするリーク弁と、を備え、ガス供給手段は、不活性ガスの供給量が各々異なる複数の供給ラインを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る荷電粒子線照射装置によれば、通常の使用において筒体への不活性ガスの供給量を変える必要がほとんどないことから、状況に応じて複数の供給ラインの中から適切な供給量のラインを選択する構成とすることで、筒体へのガス供給量の管理を容易に行うことができる。しかも、この荷電粒子線照射装置によれば、供給量を常時制御する従来の構成と比べて、非常に簡素な構成で筒体に対する不活性ガスの供給量を管理することができる。また、筒体の内部圧力が上がり過ぎた場合にはリーク弁により不活性ガスがリークされるので、筒体の内部圧力を所望の範囲内に管理することが容易である。
【０００９】
本発明に係る荷電粒子線照射装置において、複数の供給ラインには、筒体内の圧力を所定値に維持するための圧力維持用供給ラインと、筒体内の圧力を調整するための調整用供給ラインと、筒体内の空気を不活性ガスに置換するための置換用供給ラインと、が含まれ、圧力維持用供給ラインの不活性ガスの供給量より調整用供給ラインの不活性ガスの供給量は大きく、調整用供給ラインの不活性ガスの供給量より置換用供給ラインの不活性ガスの供給量は大きいことが好ましい。
【００１０】
本発明に係る荷電粒子線照射装置によれば、通常時において圧力維持用供給ラインによるガス供給を行い、メンテナンス等の調整時に供給量がやや大きい調整用供給ラインを用いることにより、状況に応じたガス供給量の管理を実現することができる。また、装置のセッテイング時など筒体内の空気を不活性ガスに置換する場合には供給量の大きい置換用供給ラインを用いることにより、効率の良い不活性ガスの置換が可能となる。
【００１１】
本発明に係る荷電粒子線照射装置において、筒体内部の空気を吸引する吸引ポンプを更に備え、吸引ポンプは、複数の供給ラインのうち少なくとも一つの供給ラインを利用して筒体内部の空気を吸引することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る荷電粒子線照射装置によれば、筒体内の空気を不活性ガスに置換する場合に、ガス供給手段の供給ラインを利用して筒体内部の空気を吸引できるので、別途ポンプ用のラインを設ける必要がなく、配管数の削減及び装置構成の簡素化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡素な構成で筒体に対する不活性ガスの供給量を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１の延長ダクト及びガス供給ラインを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線の上流（サイクロトロン側）、下流（患者側）をそれぞれ意味している。
【００１６】
図１に示すように、荷電粒子線照射装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置であり、患者が置かれる治療台２を備えている。荷電粒子線照射装置１では、治療台２上の患者の腫瘍（被照射体）に対してサイクロトロン（加速器）３から出射された荷電粒子線Ｐの照射が行われる。荷電粒子線Ｐは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等がある。
【００１７】
荷電粒子線照射装置１は、回転軸Ｒを中心として治療台２の回りを３６０度回転可能な回転ガントリ４と、回転ガントリ４の内側に取り付けられ、回転ガントリ４によって任意の回転位置に移動可能な照射ノズル（照射部）５と、サイクロトロン３と照射ノズル５とを繋ぐビーム輸送ライン６と、を備えている。
【００１８】
ビーム輸送ライン６は、サイクロトロン３から出射された荷電粒子線Ｐを照射ノズル５まで輸送する経路である。ビーム輸送ライン６は、荷電粒子線Ｐが通る真空ダクト７を備えている。真空ダクト７の内部は真空状態に維持されており、輸送中の荷電粒子線Ｐが空気等により散乱することを防いでいる。
【００１９】
また、ビーム輸送ライン６は、真空ダクト７に沿って荷電粒子線Ｐを偏向させる偏向磁石８と、輸送中の荷電粒子線Ｐのビーム径を収束させる収束磁石９と、を備えている。
【００２０】
照射ノズル５は、治療台２上の患者の患部に荷電粒子線Ｐを照射するものである。照射ノズル５は、回転ガントリ４に対して着脱可能に構成されている。照射ノズル５は、ビーム輸送ライン６の真空ダクト７に接続された延長ダクト（筒体）１０と、延長ダクト１０の周囲に配置された四極磁石１１及び走査磁石１２と、を有している。
【００２１】
四極磁石１１は、磁場により延長ダクト１０に入射した荷電粒子線Ｐのビーム径を収束するためのものである。走査磁石１２は、延長ダクト１０に入射した荷電粒子線Ｐを走査してスキャニングビームとして扱うためのものである。
【００２２】
図１及び図２に示すように、延長ダクト１０は、照射ノズル５内で荷電粒子線Ｐの進路上に配置された中空部材である。延長ダクト１０内にはヘリウムガス（不活性ガス）が充填されている。
【００２３】
延長ダクト１０は、真空ダクト７から荷電粒子線Ｐが入射する入口部１０ａと、走査磁石１２による荷電粒子線Ｐが走査される中央部１０ｂと、患者に向けて荷電粒子線Ｐが照射される出口部１０ｃとから構成されている。
【００２４】
入口部１０ａ、中央部１０ｂ、及び出口部１０ｃは、それぞれ円筒形状の部位であり、入口部１０ａ、中央部１０ｂ、出口部１０ｃの順に直径（太さ）が大きくなる。延長ダクト１０は、患者に近いほどスキャニングビームの走査スペースを広く確保する必要があるため、入口部１０ａ、中央部１０ｂ、出口部１０ｃの順に内部スペースが広く形成されている。
【００２５】
入口部１０ａの入口及び出口部１０ｃの出口には、ヘリウムガスを延長ダクト１０内に閉じ込めるためのカプトンフィルム（粒子線透過フィルム）［カプトンは登録商標］１３，１４が配置されている。カプトンフィルム１３，１４は、延長ダクト１０内のヘリウムガスを外部の大気から隔離すると共に荷電粒子線Ｐを透過する性質を有している。
【００２６】
カプトンフィルム１３，１４は、薄いほど荷電粒子線Ｐを減衰させることなく透過させることができるが、薄さに応じて強度が低下するため、延長ダクト１０の内外の圧力差が大きくなると破損するおそれがある。特に断面直径の大きい出口側のカプトンフィルム１４において破損の生じる可能性が大きい。また、延長ダクト１０からは、カプトンフィルム１３，１４を通じて微量のヘリウムガスが漏洩するため、延長ダクト１０内にヘリウムガスの供給を行う必要がある。
【００２７】
荷電粒子線照射装置１は、延長ダクト１０内にヘリウムガスを供給するガス供給部（ガス供給手段）２０を有している。ガス供給部２０は、回転ガントリ４外部のデッキ２１に設置されたヘリウムガス容器２２と、ヘリウムガス容器２２と延長ダクト１０とを接続する供給管２３と、から構成される。
【００２８】
デッキ２１は、回転ガントリ４と独立に設けられており、ヘリウムガス容器２２の位置は回転ガントリ４の回転と関わらず一定である。なお、ヘリウムガス容器２２を回転ガントリに固定しても良い。
【００２９】
供給管２３は、ガス容器側配管２４、ダクト側配管２５、及び第１〜第３の配管２６〜２８から構成されている。ガス容器側配管２４は、ヘリウムガス容器２２に接続されており、ヘリウムガス容器２２からヘリウムガスが導入される。ダクト側配管２５は、延長ダクト１０の出口部１０ｃに接続されており、導入されたヘリウムガスを延長ダクト１０に供給する。
【００３０】
第１の配管２６、第２の配管２７、及び第３の配管２８は、ガス容器側配管２４とダクト側配管２５との間で並列に設けられた配管である。第１〜第３の配管２６〜２８の一方の端は、ガス容器側配管２４の端に備えられた三方弁３２を起点として三方に分岐しており、第１〜第３の配管２６〜２８の他方の端はダクト側配管２５にまとめて接続されている。この三方弁３２を操作することにより、ヘリウムガスが流れ込む配管が切り換えられる。また、第１〜第３の配管２６〜２８は、ガス供給量を決定するバルブ２９，３０，３１をそれぞれ備えている。
【００３１】
ガス供給部２０は、圧力維持用供給ラインＡ、調整用供給ラインＢ、及び置換用供給ラインＣを有している。ここで、供給ラインとは、配管自体ではなく、ヘリウムガスの流れる流路を意味する。
【００３２】
圧力維持用供給ラインＡは、通常時において延長ダクト１０内の圧力を所定値に維持するための供給ラインである。この所定値としては、例えば大気圧より僅かに高い圧力が選択される。圧力維持用供給ラインＡは、ガス容器側配管２４、ダクト側配管２５、及び第１の配管２６によって構成されている。
【００３３】
この圧力維持用供給ラインＡでは、ヘリウムガス容器２２のヘリウムガスがガス容器側配管２４、第１の配管２６、ダクト側配管２５の順に移動して延長ダクト１０内に供給される。なお、ガス容器側配管２４及びダクト側配管２５は、各供給ラインで共通する配管である。
【００３４】
圧力維持用供給ラインＡによるヘリウムガスの供給量は、延長ダクト１０内の圧力を大気圧より僅かに高い程度に維持できる量（例えば０．５Ｌ／ｍｉｎ）に設定されている。この供給量は、第１の配管２６のバルブ２９によって一定値に固定されている。
【００３５】
調整用供給ラインＢは、メンテナンス等の延長ダクト１０の圧力調整時に使用される供給ラインである。調整用供給ラインＢは、ガス容器側配管２４、ダクト側配管２５、及び第２の配管２７によって構成されている。
【００３６】
この調整用供給ラインＢでは、ヘリウムガス容器２２のヘリウムガスがガス容器側配管２４、第２の配管２７、ダクト側配管２５の順に移動して延長ダクト１０内に供給される。調整用供給ラインＢにおけるヘリウムガスの供給量は、圧力維持用供給ラインＡのガス供給量より大きい値（例えば２．０Ｌ／ｍｉｎ）に設定されている。この供給量は、第２の配管２７のバルブ３０によって一定値に固定されている。
【００３７】
置換用供給ラインＣは、延長ダクト１０内の空気をヘリウムガスに置換する際に使用される供給ラインである。置換用供給ラインＣは、ガス容器側配管２４、ダクト側配管２５、及び第３の配管２８によって構成されている。
【００３８】
この置換用供給ラインＣでは、ヘリウムガス容器２２のヘリウムガスがガス容器側配管２４、第３の配管２８、ダクト側配管２５の順に移動して延長ダクト１０内に供給される。置換用供給ラインＣにおけるヘリウムガスの供給量は、調整用供給ラインＢより大きい値（例えば１０Ｌ／ｍｉｎ）に設定されている。この供給量は、第３の配管２８のバルブ３１によって一定値に固定されている。置換用供給ラインＣにおけるヘリウムガスの供給量は、圧力維持用供給ラインＡの供給量の１０倍以上であることが好ましい。
【００３９】
圧力維持用供給ラインＡ、調整用供給ラインＢ、及び置換用供給ラインＣは、三方弁３２の切り替えによって選択された何れか一つのラインのみが使用される。なお、圧力維持用供給ラインＡ、調整用供給ラインＢ、及び置換用供給ラインＣの配置や構成は、図２に示すものに限られない。
【００４０】
荷電粒子線照射装置１は、延長ダクト１０内の空気を吸引するための吸引ポンプ３３を備えている。吸引ポンプ３３は、延長ダクト１０内の空気をヘリウムガスに置換する際に用いられるものである。
【００４１】
吸引ポンプ３３の吸引口には吸引配管３４が接続されており、吸引配管３４はガス容器側配管２４の途中に設けられた切替弁３５に接続されている。この切替弁３５を切り替えることで、ヘリウムガス容器２２に繋がる流路が閉じられ、吸引ポンプ３３に繋がる流路が開かれる。この状態で吸引ポンプ３３を駆動させることにより、延長ダクト１０内の空気の吸引が行われる。吸引ポンプ３３は、圧力維持用供給ラインＡ、調整用供給ラインＢ、及び置換用供給ラインＣの何れかのラインを利用して延長ダクト１０内の空気吸引を行う。
【００４２】
また、荷電粒子線照射装置１は、内部圧力が設定圧以上のときに延長ダクト１０内のヘリウムガスを外部にリークするリーク弁３６を備えている。リーク弁３６は、延長ダクト１０の出口部１０ｃに設けられている。リーク弁３６の設定圧は、大気圧の１．５倍から２倍の範囲内で定められることが好ましい。このようなリーク弁３６を設けることで、延長ダクト１０内にヘリウムガスが過剰に供給された場合に、延長ダクト１０内外の圧力差が増加してカプトンフィルム１３，１４が破れることを防止できる。
【００４３】  また、荷電粒子線照射装置１は、延長ダクト１０の内部圧力を表示する圧力計３７を備えている。圧力計３７は、延長ダクト１０の出口部１０ｃの側面に取り付けられている。圧力計３７のメータ表示部は、照射ノズル５より突出しており、回転ガントリ４内の治療室から見やすい位置に配置されている。
【００４４】
この圧力計３７のメータ表示部は、通常時において、圧力維持用供給ラインＡからのガス供給により大気圧より高い値を示している。延長ダクト１０においてガス漏れ等の異常が発生すると圧力計３７のメータ表示部が大気圧まで下がり、これにより延長ダクト１０の異常が検知される。なお、圧力計に代えて各種内圧センサーを採用しても良い。
【００４５】
以上説明した本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１によれば、通常の使用において延長ダクト１０へのヘリウムガスの供給量を変える必要がほとんどないことから、状況に応じて三つの供給ラインＡ〜Ｃの中から適切な供給量のラインを選択する構成とすることで、延長ダクト１０へのガス供給量の管理を容易に行うことができる。また、延長ダクト１０の内部圧力が上がり過ぎた場合にはリーク弁によりヘリウムガスがリークされるので、延長ダクト１０の内部圧力を所望の範囲内に管理することが容易である。
【００４６】
しかも、この荷電粒子線照射装置１によれば、供給量を常時制御する従来の構成と比べて、複雑な制御装置やバルブを駆動させるアクチュエータ等を設ける必要もなく、非常に簡素な構成で延長ダクト１０に対するヘリウムガスの供給量を管理することができる。また、複雑な制御装置を用いないので制御系トラブルを回避することができ、信頼性の高いガス供給量の管理を実現できると共に、簡素化により装置の製造コスト削減を図ることができる。
【００４７】
また、この荷電粒子線照射装置１では、通常時において圧力維持用供給ラインＡによるガス供給を行い、メンテナンス等の調整時に供給量がやや大きい調整用供給ラインＢを用いることにより、状況に応じたガス供給量の管理を実現することができる。また、装置のセッテイング時など延長ダクト１０内の空気をヘリウムガスに置換する場合には供給量の大きい置換用供給ラインＣを用いることにより、効率の良いヘリウムガスの置換が可能となる。
【００４８】
更に、この荷電粒子線照射装置１によれば、吸引ポンプ３３による延長ダクト１０内の空気を吸引する際に、ヘリウムガスの供給ラインＡ〜Ｃを利用して空気吸引を行うことができるので、別途ポンプ用のラインを設ける必要がなく、配管数の削減及び装置構成の簡素化を図ることができる。
【００４９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、荷電粒子線照射装置１は、３６０度回転する回転ガントリ４ではなく、３６０度未満（例えば１８０度）の揺動のみ可能なガントリを用いても良い。また、回転ガントリを用いた回転照射に代えて回転ガントリを用いず照射ノズルを固定した固定照射を用いても良い。本発明は固定照射についても有効に適用可能である。
【００５１】
また、加速器は、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、線形加速器等でも良い。
【００５２】
また、荷電粒子線照射装置１におけるガス供給量の管理は主に手動で行うことができるが、延長ダクト１０の内外の圧力差に応じて供給ラインを切り換えるなど自動的に制御する態様であっても良い。
【００５３】
また、延長ダクト１０の内外を仕切るフィルムは、カプトンフィルム１３，１４に限られない。通過する荷電粒子線Ｐの強度に影響が出ない程度に薄く、延長ダクト１０内の気密性を確保できるフィルムやシートであれば良い。更に、延長ダクト１０内に充填されるガスは、ヘリウムガスに限られず、希ガスその他適切な不活性ガスを用いても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１…荷電粒子線照射装置  ２…治療台  ３…サイクロトロン（加速器）  ４…回転ガントリ  ５…照射ノズル（照射部）  ６…ビーム輸送ライン  ７…真空ダクト  ８…偏向磁石  ９…収束磁石  １０…延長ダクト（筒体）  １１…四極磁石  １２…走査磁石  １３，１４…カプトンフィルム（粒子線透過フィルム）  ２０…ガス供給部（ガス供給手段）  ２１…デッキ  ２２…ヘリウムガス容器  ２３…供給管  ２４…ガス容器側配管  ２５…ダクト側配管  ２６…第１の配管  ２７…第２の配管  ２８…第３の配管  ２９，３０，３１…バルブ  ３２…三方弁  ３３…吸引ポンプ  ３４…吸引配管  ３５…切替弁  ３６…リーク弁  ３７…圧力計  Ａ…圧力維持用供給ライン  Ｂ…調整用供給ライン  Ｃ…置換用供給ライン  Ｐ…荷電粒子線  Ｒ…回転軸
【図１】
0005615766.tif 000002
【図２】
0005615766.tif 000003